Рак излечим
Шрифт:
Луи Пастер, как мы уже знаем, разрешил загадку поляризации. Луи Пастер был не просто химиком, он счастливо сочетал в себе и химика, и кристаллографа, и оптика, и физика. Совсем молодым человеком Пастер работал в химической лаборатории своего учителя Био, который открыл множество веществ, обладающих оптической поляризацией, но природа самой оптической поляризации оставалась неясной. Решающий опыт Пастер поставил в 1848 году в работе над кристаллами паравинной кислоты (паратартратов). По своему химическому составу, свойствам и внешнему виду кристаллы паратартратов были похожи на кристаллы винной кислоты (тартраты). Они имели сходную форму и одинаковый скос на одной из граней (это т. н. гемиэдрия). Различие состояло только в том, что растворы паратартратов не вращали плоскость поляризации, иначе говоря, были оптически неактивны, а тартраты отклоняли поляризованный луч, то есть были оптически активны. Работая над проблемой сходства и различия этих веществ, Пастер обнаружил, что кристаллы паратартратов представляют собой смесь двух видов кристаллов: все они обладали гемиэдрией, но скос у них находился на разных гранях. Кристаллы являлись как бы зеркальным отражением друг
Итак, выяснилось, что паратартраты были смесью кристаллического вещества с двумя разновидностями гемиэдрии – правой и левой, а тартраты состояли из кристаллов одной разновидности. Первая смесь получила название рацемической смеси, или рацемата. Вторую, дающую поляризацию, Пастер назвал диссимметрической, а явление – диссимметрией. Термин означал, что вещество обладает как бы двойной несимметричностью, усугубленной асимметрией. Мало того, что сами по себе фигурки кристаллов асимметричны, но еще и возможный зеркальный двойник пропал, и они стали диссимметричными, то есть дважды «неправильными».
Таким образом, всего лишь один признак – отсутствие двойника с одной скошенной гранью при полностью идентичном строении и одинаковом химическом составе – создавал вещества с разными свойствами. Иначе говоря, различие зависело от пространства самого по себе, от пространственного направления, чего-то, казалось бы, эфемерного.
Но чем больше Пастер экспериментировал с диссимметрией и чем глубже размышлял о ней, тем более загадочным становилось для него это явление. В конце жизни он считал именно диссимметрию самым важным из всех своих многочисленных открытий. Почему? Проблема диссимметрии связана со многими науками: с кристаллографией, химией, оптикой и даже (неожиданно!) с биологией, поскольку кристаллы принадлежали к органическим соединениям, продуктам винограда.
Это был такой период в истории науки, когда ученые стремились установить связь между строением веществ и их свойствами. Берцелиус открыл изометрию – явление различных свойств у веществ одного и того же химического состава; Дюма прибавил к этому концепцию молекулярной изометрии; в кристаллографии исследовались проблемы изоморфизма, то есть явления, когда разный химический состав, наоборот, дает одни те же свойства в силу одинакового строения и гемиэдрии. Диссимметрия Пастера представляла собой новый шаг в изучении связи свойств и веществ, их пространственного строения. Однако неясно было назначение диссимметрии. Она не относилась к чисто кристаллическому строению, поскольку способность вращать плоскость поляризации сохранялась в растворах на молекулярном уровне. В то же время она не являлась следствием химического, то есть именно молекулярного состава, поскольку один и тот же химический состав, одни и те же одинаково уложенные молекулы давали разные оптические свойства у веществ левого и правого строения. Необходимо было найти первопричины диссимметрии. К таким первопричинам Пастер отнес пространственное строение. В лекции «Низшие организмы и строение материи» он попытался разделить все вещества на два класса по этому признаку: те, которые можно совместить с их зеркально отображенной копией, и другие, зеркальные изображения которых совместить с оригиналом невозможно. И казалось, что он фактически провел границу между живым и неживым, потому что к первым относятся разнообразные, создающиеся человеком (то есть искусственные), тела и существующие в природе минеральные соединения, создающиеся неживым, а ко вторым – что самое важное – относятся вещества, составляющие биологические ткани: клетчатка, крахмал, камедь, сахара, винные, хинная, таниновая кислоты, морфин. Масса разнообразных веществ, которые мы получаем в результате жизнедеятельности живых существ, обладает диссимметрией. Причем есть множество веществ, которые образовались именно из диссимметрических, но утеряли диссимметрию, превратились в нейтральные. Это можно назвать деградирующей диссимметрией…
Таким образом, было обнаружено новое явление: в природе существует кардинальное разделение между живыми телами и продуктами их жизнедеятельности – диссимметричными и неживыми – рацемичными. «Но каким образом возникает диссимметрия?» – спрашивал себя Пастер. Почему возникает конкретная диссимметрия, а не противоположная ей? Вот одна из великих загадок. Пастер обнаружил, что дрожжи, например, питаются винной кислотой только правого типа. Он наливал в сосуд с дрожжами нейтральную винную кислоту, и начиналось брожение. Потом оно прекращалось, и оказывалось, что дрожжи переработали только правую винную кислоту. Бывшая нейтральная право-левая кислота начинала вращать плоскость поляризации влево. Он обнаружил также, что одно органическое вещество синтезируется организмами только в левом виде (например, кислоты), другое – только в правом (к последним относятся различные сахара). Причем правые кислоты и левый сахар ничуть не отличаются по своим лабораторным свойствам ни от своих естественно созданных антиподов, ни от их смеси. Зачем растениям и бактериям диссимметричный продукт? Ведь для этого нет, так сказать, никаких химических резонов. Однако они питаются одним изомером или только его и производят. У высших представителей данное свойство также ярко выражено, оно не зависит от уровня организации, и от размеров животного.
Факт оставался фактом, и он вызвал у Пастера, как человека широко мыслящего, недоумение. Загадка состояла в том, как вообще может существовать диссимметрия. В природе действие должно иметь противодействие. Как может быть левое без правого, верх без низа? Все эти свойства существуют не сами по себе, а только в оппозиции. Случаются однорукие люди, но они воспринимаются
Все эти необычные факты позволили Пастеру сделать очень важный вывод, что при всем химическом разнообразии мира диссимметрия есть «единственное, отчетливо выраженное различие, которое мы можем обнаружить между химией неживой природы и химией живой природы».
Мы называем правое и левое по отношению к собственному телесному строению. Но оказалось, как и предупреждали Аристотель и Кант, что это условность, или, по терминологии Ньютона, относительное пространство. Различие правого и левого существует до всякого опыта и рассуждения в нашей собственной природе. А вместе с нами и все остальные, по-видимому, живые существа хорошо различают правое и левое, несмотря на отсутствие рук. Невозможно заставить их употребить левое, если они питаются правым и наоборот. Это очень важно: по всем остальным признакам – химическим, физическим, энергетическим – существует плавный переход от неживого вещества к живому, здесь же налицо резкий разрыв. Иначе говоря, у Пастера было ощущение, что он обнаружил в мире какую-то очень реальную, четко выраженную, но не имеющую в науке определений границу. Сейчас настало время, когда кому-то из ученых надо перешагнуть через нее… Границу эту можно назвать мировой линией. Вокруг этой линии вертятся, в прямом и переносном смысле, все процессы: симметрия, диссимметрия, эволюция, эмбриология и т. д. Движение относительно ее создает ощущение времени, на нее «нанизано» наше бренное тело, «зауженное», а иногда и раздвоенное сознание.
Какова же причина диссимметрии? Заключена ли она в самом организме или находится за его пределами? «Не является необходимым и достаточным предположение, – писал А. Пастер, – что в момент образования в растительном организме различных соединений в наличии имеется диссимметрическая сила». Вот единственное, что можно утверждать, и Пастер предлагает в той же статье различные гипотезы, даже не гипотезы, а вскользь брошенные фразы о влиянии космических причин (разумеется, без всякой мистики). Может быть, вызывающая диссимметрию сила находится в самом геометрическом характере пространства космоса, сквозь которое пролетает Земля? Или в свойствах солнечного света, который тоже может быть диссимметрическим? Или в магнитных и электрических влияниях на живое? Но его вопросы до сих пор остались без ответа. Осмелюсь высказать наше мнение: диссимметрия живого вещества – это проявление свойств виртуального пространства, мировой линии, или плоскости внутри и снаружи живых организмов. Если принять живой организм за «прозрачный» кристалл, то условия, когда он ведет себя как сплошное тело, и есть то, что мы называем диссимметрией. Но телом, поляризующим не только свет, но «поляризующим» и пространство. Внутри же собственно некоторых структур тела происходит и поляризация света. Диссимметрия является нам в неравенстве количества левых и правых молекулярных (и не только) структур организмов. Как раз в «астрономически сложном» наследственно-генетическом материале это неравенство абсолютное, полное, то есть такое, в котором полностью отсутствует один из двух возможных в природе изомеров данной молекулы. Современные исследования показывают, что полностью диссимметричны только нуклеотиды: первичные звенья ДНК, РНК и ферментов гомохиральны. Гомохиральность, или, если перевести термин, однорукость (есть правое, нет левого – или наоборот) и есть полная абсолютная диссимметричность.
Отсюда, из наследственных структур и до самых отдаленных от поверхности сфер, вещество, упрощаясь, движется к равновесию, основанному на втором начале термодинамики (в соответствии с градиентом сложности и степенью диссимметрии). Стремление к уравновешенности соответствует всем физическим и термодинамическим правилам, оно являет собой аналог энтропии.
Но жизнь питается отрицательной энтропией. Иначе говоря, любая структура, поскольку она всегда может образовываться в правых и левых вариантах атомного строения, обязана состоять, согласно энтропии, из равного количества этих изомеров, то есть быть рацемичной. Рацемичной является почти любое косное вещество и на поверхности, и в недрах планеты. Почти, но не совсем, все вещество в целом – и живое, и неживое – располагается на некой лестнице рацемичности, обладает разными ее степенями, различным процентным соотношением неравенства в равенстве левого и правого вещества. Свойство гомохиральности играет важную роль в иерархии самоорганизующихся структур любого порядка и вида. Правые и левые изомеры энергетически неэквивалентны, левые слабее правых, поэтому их диссимметрия начинается на уровне сверхслабых взаимодействий в макроогранизме там, где «туман», то есть предполагаемая ось симметрии. «Туманное» место (то есть место предполагаемой оси симметрии) имеет вполне материальную базу, неравенство зеркальных энантиомеров начинается на уровне атомного ядра, числа нейтронов в нем. Граница симметрии – мировая линия – начинается с ядер атомов IV периода таблицы Д.И. Менделеева, так как здесь располагаются элементы, нейтрально относящиеся к мировой линии. К этому явлению мы будем обращаться не раз. Соединения, способные более эффективно обеспечить гомохиральность природных объектов, обладают энергетически выгодным «правым» свойством.
Тиозамещенные аналоги ДНК, в которые она входит в состав или замещает фосфатные группы скелета ДНК, резко отличаются от обычных молекул. Расчеты показали, что для них разность концентраций на три порядка превосходит ранее найденные значения, и при этом более энергетически выгодным оказывается энантиомер с естественной правой спиралью.
Второй шаг в описании диссимметрии сделал Пьер Кюри. В его биографии, написанной Марией Кюри, говорится об интересе, который вызвало у П. Кюри понятие симметрии. Ученый назвал ее состоянием «пространства» и относил к тем «первопричинам», которые определил Пастер. «Две среды, обладающие одинаковой диссимметрией, связаны между собой особым образом, и отсюда можно вывести некоторые физические следствия», – писал П. Кюри.